חלליות פיוניר וריינג’ר לירח

רצף של תקלות העיב על נסיונתיה הראשונים של ארה”ב לשגר חלליות למסלול התרסקות או הקפה של הירח * הפרק הפעם עוסק ממש בשנים הראשונות של תוכנית החלל האמריקנית

מבוא
ארצות־הברית החלה את מחקריה הירחיים עם שיגור חלליות פיוניר לירח. כל השיגורים נכשלו. מקור התקלות היה במשגרים עצמם. נדרשה הפקת לקחים שבסיכומו של דבר הניבה הצלחות רבות אחת אחר השנייה. סביר להניח שמקור התקלות נבע מכך שהיה זה מפעל ראשוני מסוגו והוא היה צריך לעבור הבשלה לקראת ההמשך. עד אז לארצות־הברית לא היה שום ניסיון בתחום וגם לא היה יכול להיות כזה.
פיוניר 0
ב־17 במאי 1958 שיגרה ארצות־הברית את החללית פיוניר באמצעות משגר תור־אייבל. משקל המשגר 52 טון. המטרה הייתה לפגוע בירח. 77 שניות לאחר השיגור בגובה 7 ק”מ, התפוצץ המשגר ועלה בלהבות.

פיוניר 1
ב־11 באוקטובר 1958 שוגרה פיוניר 1 במטרה להקיף את הירח ולצלם את צִדו הנסתר. השיגור נעשה באמצעות המשגר תור־אייבל. משקלו של המשגר 47 טון. משקל החללית 38 ק”ג, מזה 14 ק”ג משקל מכשירי מחקר. קוטר החללית היה 74 ס”מ. אות רדיו ממרכז הבקרה אמור היה להפעיל את מנועי הבלימה ולהכניס את החללית למסלול סביב הירח. בשל תקלה במנגנון הניתוק בין החללית לשלב השלישי שאליו הייתה צמודה נכשלה התכנית. תקלה זו גרמה לכך שהחללית לא יכולה הייתה להגיע למהירות הדרושה כדי להגיע לירח. החללית הגיעה למרחק 114,750 ק”מ מכדור הארץ, הסתובבה בחזרה ונשרפה באטמוספירה. סך הכול שהתה פיוניר בחלל 43 שעות ו־17 דקות.

פיוניר 2
פיוניר 2 תוכננה ונבנתה בדגם קודמותיה והייתה אמורה לפגוע בירח. המשגר היה תור־אייבל. השיגור היה ב־8 בנובמבר 1958. משקל החללית היה 39.5 ק”ג. שני השלבים הראשונים של המשגר פעלו כהלכה. השלב השלישי לא נדלק בשל תקלה במנגנון ההצתה. החללית חזרה ונשרפה באטמוספירה. החללית הגיעה לגובה של 1,550 ק”מ ונפלה לאוקיינוס השקט 42.4 דקות לאחר השיגור.

פיוניר 3
החללית שוגרה ב־6 בדצמבר 1958 כדי לפגוע בירח. החללית שקלה 6 ק”ג ושוגרה באמצעות המשגר יונו 2. שני השלבים הראשונים העלו את מהירות החללית ל־38,000 קמ”ש. בשלב הראשון חלה תקלה טכנית בגלל ירידה מהירה מדי של השסתום המכוון את זרימת הדלק לתא הבעירה. משך הבעירה בשלב הראשון של המשגר התארך מ־157 שניות ל־180 שניות. התוצאה הייתה איחור בהצתת השלב השלישי וסטייה של שלוש מעלות מנתיב הטיסה המתוכנן. היה ברור שהחללית לא תגיע לירח.

החללית עשתה דרך של 107,270 ק”מ הסתובבה, חזרה ונשרפה באטמוספירה. סך הכול שהתה פיוניר 3 בחלל 38.1 שעות. שני מוני גייגר שהיו בחללית קלטו פרטים רבי ערך על רצועת ואן־אלן השנייה. נתונים אלה שימשו את האסטרונומים בשכלול המפה של רצועות קרינה אלה.

פיוניר 4
ב־3 במרץ 1959 שודרה פיוניר 4. בשונה מקודמותיה היא לא תוכננה לפגוע בירח, אלא לחלוף במרחק של 24,000 ק”מ ממנו. המטרה הייתה לאסוף נתונים על השדה המגנטי שלו. משקל החללית היה 5.9 ק”ג. בין המכשירים היו שני מוני גייגר ומשדר ששידוריו נקלטו בבהירות רבה גם במרחק של 640,000 ק”מ מכדור הארץ. המשגר היה יונו 2. החללית סטתה ממסלולה ב־60,000 ק”מ בשל תקלה ונכנסה למסלול סביב השמש שמרחקו ממנה 150 מיליון ק”מ ומשך הקפה 392 יום.

פיוניר P- 3
ב־26 בנובמבר 1959 שוגרה החללית במטרה להיכנס למסלול סביב הירח ולצלם את צִדו הנסתר. 45 שניות לאחר השיגור, התפוצצו המשגר והחללית. המשגר היה תור־אייבל והועלתה השערה שהוא לא פעל כראוי. המשגר והחללית נפלו כנראה לאוקיינוס האטלנטי.

פיוניר 30 – P
ב־25 בספטמבר 1960 שוגרה החללית במטרה להיכנס למסלול סביב הירח על־ידי המשגר אטלס־אייבל, השלבים העליונים שהיו חלשים מדי הביאו לכישלונו של השיגור. החללית שקלה 175 ק”ג. 10 דקות לאחר השיגור, החללית אמורה הייתה לשדר אותות לתחנות האזנה. שידור זה היה חיוני ומטרתו הייתה לוודא שהחללית פועלת כתקנה, אולם לא נקלטו כל סימנים שיעידו על פעילותה של החללית גם חצי שעה לאחר השיגור.

פיוניר 31 -P
ב־15 בדצמבר 1960 שוגרה החללית במטרה להיכנס למסלול סביב הירח באמצעות המשגר תור־אייבל. שניות ספורות לאחר השיגור בגובה 1,016 ק”מ המשגר והחללית התפוצצו בשל תקלה באחד מחלקיו של השלב הראשון של המשגר – אטלס.

תכנית ריינג’ר

התכנית השנייה במחקריה של ארצות־הברית את הירח ולקראת נחיתה מאוישת על פניו הייתה תכנית ריינג’ר. בסדרה זו היו שני שלבים. שלב ראשון ריינג’ר 1 עד ריינג’ר 5. מתפקידן של חלליות שלב זה היה לאסוף אינפורמציה ולבדוק רכיבים מסוימים של טכנולוגית החלל הדרושים לטיסות ירחיות ולמקומות שונים במערכת השמש. החלליות צוידו בטלוויזיות בעלות רזולוציה של 7.62 ס”מ. החלליות החלו לשדר כאשר היו במרחק של 2,100 ק”מ ממנו עד לרגע התרסקותן על פניו.

סדרת החלליות השנייה הייתה מריינג’ר 6 עד לריינג’ר 9. משקלה הכולל של חללית כזו 366 ק”ג וגובהה 3.1 מטר. לכל חללית שני מדפי שמש באורך 4.6 מטר כל אחד. המשגר היה אטלס־אג’נה D. לחללית מבנה קוני במשקל 170 ק”ג ועליו מוצבות שש מצלמות טלוויזיה. שתי מצלמות בעלות זווית צילום רחבה וארבע מצלמות בעלות זווית צילום צרה, מכשיר וידיאו, משדר ועוד. זמן הצילום מרגע תחילת הצילומים ועד לפגיעה בקרקע הירח – 14 דקות. בגובה 2,261 ק”מ מהירות הטיסה היא 9,330 קמ”ש. ברגע התקרבות החללית לירח ניתקת ממנה חללית קטנה הנעה במסלול התנגשות עם הקרקע. בזמן ההינתקות מהירותה מואטת על־ידי מנוע בלימה קטן. עוצמת הנחיתה מרוככת באמצעות מיכל בלזה פריך.
ציודה של אחת החלליות כלל סייסמומטר שנועד לדווח על רעשים ופגיעת מטאוריטים. בחללית אחרת הייתה מצלמת טלוויזיה זעירה ששידרה ממקום הפגיעה תמונות מפורטות מפני הירח. התמונות אִפשרו גילוי תכונות אופייניות של פני הירח עד לגודל של 0.254 ס”מ. האינפורמציה שהצטברה במהלכה של תכנית ריינג’ר נועדה לקדם באורח ניכר את ידיעתו של האדם על הירח ולתכנון טיסה מאוישת אליו.

ששת החלליות הראשונות הכזיבו. שתי החלליות הראשונות נכשלו בהמראה, שתיים אחרות לא פגעו בירח ושתי חלליות לא הצליחו להפעיל את המכשירים המדעיים שלהן בשל תקלות במשגרים או בהן עצמן. חרף זאת היה בהן כדי לקדם את הטכנולוגיות של חלליות אלה בתחומים חשובים כמו תיקון חלליות במהלך טיסתן וייצובן. קשיי הצילום הם עצומים ואלה העיקריים שבהם:

כדי שמצלמות הריינג’ר תצלמנה את פני הירח ולא מקום אחר יש לתת להן כיוון מוגדר ביחס לירח, לשמש ולכדור הארץ ולשמור על כיוון קבוע זה במשך כל זמן הצילום. רק משימה משנית זו מצריכה את הציוד הבא – מערכת אלקטרונית לגילוי סטייה בין כיוונה של אנטנה כיוונית מיוחדת המקיימת קשר עם הארץ לבין האדמה ולמחשב החללית.
1. שישה תאים פוטואלקטריים לגילוי כיוון יחסי של החללית ביחס לשמש ולכדור הארץ.
2. שלושה ג’ירוסקופים.
3 מחשב הקולט את האינפורמציה אודות מצב החללית ומתרגם אותה לפקודות מתאימות למנגנון הניווט.
4. מנגנון ניהוג, הכולל מנגנון לתיקון נתיב הטיסה בעל כוח דחף של 226 ק”ג ומשך פעולתו 98 שניות ו־12 נחירי פליטה זעירים מלאים בגז לבקרת הייחוס.
5. מנגנון מכני עדין ומדויק לביצוע פקודות המחשב.

מועד השיגור
השיגור מתאים רק שבוע בחודש. כאן יש להוסיף את תנועת כדור הארץ סביב צירו. כדי שהחללית תגיע לירח, היא חייבת להיכנס לתוך “פרוזדור “צר ממדים” הקבוע בחלל. קוטרו של פרוזדור זה 16 ק”מ. סטייה מותרת במהירות הכניסה לתוך הפרוזדור היא כשני קמ”ש. אי פגיעה בפרוזדור או סטייה גדולה מהמהירות המותרת פירושו של דבר החטאת הירח גם אם תנוצל מלוא האפשרות של תיקון המסלול במחצית הדרך. הואיל ולמשגר מגבלות משלו ביחס לתמרון. רק 50 – 70 דקות ביום אפשריים לשיגור שיכניס את החללית לתוך פרוזדור הכניסה. ההוראות האחרונות למנגנון הניווט של המשגר חייבות להימסר כשמועד השיגור ידוע בדיוק של שניות. מתצלומיה של ריינג’ר התברר שפני הירח עשויים מחומר דמוי סלעי – סלע ונקבובי, כנראה בשל ההפצצה הבלתי פוסקת במשך מילוני שנים.

ריינג’ר 1 ריינג’ר 2
שתי חלליות אלה שימשו לבדיקת המערכות. הן שוגרו ב־1961 למסלול אליפטי ביותר סביב כדור הארץ. תקלות במנועי הניווט שלהן גרמו לכך שהן הועברו למסלול נמוך ביותר ועד מהרה שבו לאטמוספירה ונשרפו. חרף זאת עלה בידי החוקרים לבדוק חלק מהמערכות שלהן. ריינג’ר 1 שוגרה ב־23 באוגוסט 1961, ורינג’ר 2 שוגרה ב־18 בנובמבר 1961.

ריינג’ר 3
החללית שוגרה ב־26 בינואר 1962 על־ידי המשגר אטלס-אג’ינה. משקלו של תא המכשירים היה 25 ק”ג והיו בו מצלמת טלוויזיה, מכשירי מדידה ומשדר רדיו. על החללית היה לחקור את תצורות הקרניים היוצאות ממכתשים שונים ולפתור את שאלת מקור המכתשים שעל הירח. בגובה של 21 ק”מ מפני הירח, אמור היה תא המכשירים להינתק מהחללית כאשר מהירות הטיסה של החללית מואטת ל־9,600 קמ”ש ולנחות על פני הקרקע במהירות הקטנה מ־240 קמ”ש. ריינג’ר 3 החטיאה את הירח ב־36,793 ק”מ ונכנסה למסלול סביב השמש שמרחקיו ממנה 147 – 173.8 מיליון ק”מ ומשך הקפה 406.4 יום.

ריינג’ר 4
ב־23 באפריל 1962 שוגרה החללית על־ידי המשגר אטלס־אג’ינה B. משקל החללית 328 ק”ג. שעה קלה לפני הנחיתה אמורה הייתה החללית לפלוט את תא המכשירים במשקל 150 ק”ג המצויד במנועי בלימה. לאחר הפעלתם תא המכשירים היה צריך לנחות במהירות של 150 קמ”ש. בתא זה היו סייסמומטר, מכשירי מדידה ומשדר רדיו. מכשירים אלה היו צריכים לשדר לכדור הארץ נתונים על רעידות אדמה על הירח, פגיעות מטאוריטים וטמפרטורות. צילום הירח היה צריך להתחיל מגובה של 4,000 ק”מ ולהסתיים בגובה של 24 ק”מ מהקרקע. החללית נכנסה לסחרור, החטיאה את הירח ב־145 ק”מ והתרסקה בצִדו הנסתר. מחשב החללית קרס במהלך הטיסה ומכשיריה של החללית לא יכלו לשדר נתונים כלשהם.

ריינג’ר 5
ב־18 באוקטובר 1962 שוגרה החללית על־ידי המשגר אטלס־אג’ינה. החללית הייתה אמורה לחלוף על פני הירח תוך כדי צילום פני השטח שלו. ב־20 באוקטובר חלה תקלה במנגנון ההפעלה של החללית. התקלה לא אִפשרה למדפי השמש לפעול ומנעה את תיקונה של שגיאת ניווט, בשל כך מרחק המעבר מפני הירח היה גדול מהמתוכנן. החללית חלפה במרחק 724 ק”מ ממנו ונכנסה למסלול סביב השמש הדומה לזה של ריינג’ר 3.

ריינג’ר 6
ב־30 בינואר 1964 שוגרה החללית. מטרת השיגור הייתה לבדוק אם פני השטח של הירח קשיחים ולשדר 3,000 תמונות המכסות שטח של 24,000 ק”מ על 1,200 ק”מ. לרוע המזל מערכות ההספק של החללית נשרפו לאחר ההמראה. ב־10 הדקות האחרונות של הטיסה נעשה ניסיון להפעיל את המצלמות והוא נכשל. למרות זאת הטיסה הייתה מושלמת. החללית התרסקה ליד מכתש ארגו. מקום הנחיתה זהר בזמן הנחיתה.

ריינג’ר 7
ב־28 ביולי 1964 שוגרה החללית. מטרת הטיסה הייתה לצלם את צִדו המערבי של הירח. בחללית ובמיוחד בתהליכי הבדיקה שלפני הטיסה הוכנסו כמה שינויים. מארז הטלוויזיה הוחזר לחברת R.C.A כדי לבצע תיקונים שימנעו את הישנות התקלות של ריינג’ר 6. ב-31 ביולי התרסקה ריינג’ר 7 ב”ים המוכר” המצוי בין המכתשים גואריקה ולובינצקי. החללית שידרה 4,316 תצלומים בזמן של 16 דקות. ו־40 שניות. בתמונות אלה אפשר להבחין בפרטים שקוטרם נע בין 3 ל־5 מטרים. התברר שפני הירח במקום הפגיעה זרועים במכתשים רבים בגדלים שונים וכמעט כולם מכוסים בשכבה דקה של אבק, מה שהראה שנחיתות מאוישות במקומות אלה אפשריות. התצלום הראשון נעשה מגובה 2,100 ק”מ והאחרון מגובה 300 מטר. תמונה זו כיסתה אזור שמידותיו הם 18 על 39 מטר. הצילומים היו כה ברורים ומפורטים עד כי הוחלט לתת לאזור זה את השם “מרה קוגניטיום” – הים המוכר.

ריינג’ר 8
ב־17בפברואר 1965 שוגרה החללית. כעבור 65 שעות ב־20 פברואר היא פגעה בירח, בים השלווה, ‘ 59 0 2 מעל קו המשווה ו־’ 7 0 22 ממזרח למרכז הירח המלא, 25 ק”מ מאתר הפגיעה המקורי 1,600 ק”מ ממזרח לריינג’ר 7. החללית התקרבה לירח בזווית קטנה יותר מזו של קודמותיה (זווית הפגיעה הייתה 0 42) מצלמותיה מכוונות כלפי מטה והיא סורקת את פני השטח כמו מטוס מיפוי. ריינג’ר 8 שִדרה 7,137 תצלומים במשך 23 דקות. התצלומים היו חדים יותר מאלה של ריינג’ר 7, מכיוון שהאחרונה פגעה בנקודה שהייתה קרובה יותר לקו הצללים של הירח, מקום שבו ההרים והמכתשים מובלטים על־ידי קרני השמש השוקעת. הצילומים כיסו שטח של 2,331,000 קמ”ר. בתצלומים האחרונים ניתן להבחין בעצמים שגודלם 1.5 מטר.

ריינג’ר 9
ב־21 במארס 1965 שוגרה החללית במטרה למצוא אתרי נחיתה המתאימים לחלליות מאוישות. החללית כוונה למכתש אלפונסיס. 64.5 שעות לאחר השיגור ריינג’ר 9 פגעה בדיוק במטרה. שעה וחצי לפני הפגיעה הופעלו מנועי הניווט כדי לסובב את החללית כך שהמצלמות תהיינה מכוונות במישרין לירח. ריינג’ר 7 שִדרה 5,814 תצלומים. אפשר להבחין בעצמים שגודלם 30 ס”מ. התצלומים כיסו שטח של 417,054 קמ”ר.